DE2317819A1 - Kunststoff-laminat zur verwendung fuer verpackungszwecke - Google Patents

Kunststoff-laminat zur verwendung fuer verpackungszwecke

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Description

ί'-tentanwnlte
Dr. E. Boeirner TP 373-125
DipL-lnp. H.-i. Müller ""
Dr. Th. Ecren.lt HJTi/3o D 8 München 80
Enoöe-Grahn-Str. 3B1 TeL 47 5153
Tetra Pak Developpement SA, Lausanne (Schweiz), 2, rue de la Paix
Kunststoff-Laminat zur Verwendung für Verpackungszwecke
Die Erfindung bezieht auf ein Kunststoff-Laminat zur Verwendung für Verpackungszwecke mit einer Trägerschicht aus geschäumtem Kunststoff mit feiner zelliger Struktur, die "beidseitig mit homogenen Deckschichten überzogen ist.
In der Verpackungstechnik wird oft Verpackungsmaterial verwendet, daß aus einem Laminat, beispielsweise aus Papier und Kunststoff oder Pappe und Kunststoff, besteht, wobei die Papier- oder Pappeschicht dazu bestimmt ist, dem Verpackungsmaterial die erforderliche mechanische Steifheit zu verleihen, während die Kunststoffschicht zum Teil dazu dient, das Verpackungsmaterial dicht für das einzufüllende Material zu machen, teilweise auch dazu dient, eine Schutzschicht für die Papierschicht zu bilden, welch letztere andernfalls leicht Feuchtigkeit oder Flüssigkeit, mit der sie in Berührung kommt, absorbiert, wodurch die erwünschten mechanischen Eigenschaften verlorengehen. Selbst wenn es möglich ist, in der obigen V/eise eine Papierschicht in einem Papierlaminat mit Überzügen aus Kunststoff oder Wachs zu schützen, um die Absorption von Flüssigkeit zu verhindern, bleibt es doch
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ein erhebliches Problem, daß die Schnittkanten des Laminates für Verpackungszwecke eine ungeschützte.Papieroberfläche haben, an der leicht Flüssigkeitsabsorption eintreten kann, so daß sich eine zumindest teilweise Reduktion der Festigkeit der fertigen Verpackung ergibto Zwar kann in den meisten Fällen das obige Problem bei Laminaten für Verpackungszwecke, die Papierschichten enthalten, mit Hilfe von Deckstreifen aus beispielsweise Kunststoffmaterial, welche die Schnittkanten überbrücken, gelöst werden, aber man wünscht schon lange, ein Laminat für Verpackungszwecke herzustellen, das keine Flüssigkeit absorbiert, aber doch die gewürgjhten Steifheitseigenschaften hat. Ein Verfahren zur Lösung dieses Problems besteht darin, daß man anstelle der Papierschicht als Versteifungsmaterial ein verhältnismäßig dickes Schaumkunststoff material, z.B. aus Polystyrol, verwendet. Die Schaumkunststoffschicht hat für sich keinerlei erwähnenswerte Festigkeitseigenschaften, aber durch Kombination mit den beiden homogenen Kunststoffschichten und Fixieren derselben in einem bestimmten Abstand voneinander wird ein Bündeleffekt erzielt, der dem für .Verpackungszwecke bestimmten Laminat sehr gute Steifheitseigenschaften verleiht, selbst wenn die homogenen Kunststoffschichten an und für sich keinerlei derartige Eigenschaften besitzen. Ein solches Laminat für Verpackungszwecke absorbiert keine Feuchtigkeit und Flüssigkeit, da das geschäumte Kunststoffmaterial aus einer großen Anzahl von geschlossenen Zellen besteht, aber ein Wachteil eines solchen Laminates für Verpackungszwecke liegt in der Tatsache, daß es verhältnismäßig spröde ist und daß die homogenen Kunststoffschichten oft reißen, wenn sie einer Schlagwirkung ausgesetzt werden, beispielsweise im Zusammenhang mit der Herstellung der Verpackung, wenn das Verpackungs—
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material stark gefaltet wird oder wenn die fertige Verpackung beim Transport und bei der Handhabung Stoßen ausgesetzt wird.
Der Erfindun liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kunststoff-Laminat zu schaffen. Insbesondere die der späteren Verpackungsinnenseite entsprechende Deckschicht soll keine Risse aufweisen.
Die Erfindung besteht darin, daß
a) die Trägerschicht eine Dicke zwischen 0,5 und 2 mm aufweist,
b) die Schäumung der Trägerschicht einer Dichte zwischen 0,05 und 0,15 g/cm entspricht,
c) die der Verpackungsinnenseite zugewandte innere Deckschicht bei einem Überzug- bzw. Auftragsgewicht zwi-
sehen 50 und 100 g/m einen Elastizitätsmodul zwischen
•ζ. -z
14 χ 10^ und 20 χ 10^ aufweist und
d) die der Verpackungsaußenseite zugewandte äußere Deckschicht bei einem Überzugs- bzw. Auftragsgewicht zwi-
sehen 30 und 80 g/m einen Elastizitätsmodul zwischen 30 χ 10^ und 50 χ 10^ aufweist.
Das erfindungesemäße Kunststoff-Laminat zeichnet sich dadurch aus, daß die innere Deckschicht bei Beanspruchungen nicht bricht. Dabei empfiehlt es sich, für die innere Deckschicht ein Gemisch aus Styrol und Butadien zu verwenden, wodurch sie eine hohe Bruchdehnung erhält. Diese sollte im Bereich zwischen 10 und 100 % liegen, während für die äußere Deckschicht eine Bruch-
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dehnung zwischen 2 und 10 % genügt. Wenn es mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, kann sich das Kunststofimmaterial der homogenen inneren Deckschicht in einem verhältnismäßig großen Ausmaße strecken ehe es bricht.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindun dargestellt«, Darin zeigen:
Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt durch eine Schicht des Laminates für Verpackungszwecke darstellt und
Fig« 2 ein Zug-Dehnungs-Diagramm für die Schicht des Laminates für Verpackungszwecke, die das Innere der fertigen Packung bilden soll, zeigto
Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt durch das Laminat für Verpackungszwecke zeigt eine mittlere dickere Mittel- oder Trägerschicht 2 aus Polystyrolschaumkunststoff mit kleinen geschlossenen Zellen. Die Dicke dieser Trägerschicht 2 kann 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise ca. 1mm, betragen, und die Dichte des Materials ist 0,05 bis 0,15 g pro cur5. Die innere Deckschicht 1 des Laminates für Verpackungszwecke, die das Innere der aus dem Laminat hergestellten Ver- ■ packungen bilden soll, besteht aus einer Schicht von sogenanntem Polystyrol mit hoher Schlagfestigkeit, d.h. einem Gemisch aus Styrol und Butadien, und das Material soll einen Elastizitätsmodul zwischen 14 000 und 20 000 haben. Sie soll ein Auftragsgewicht von 50 bis 100 g
2 2
pro m , vorzugsweise annähernd 70 g. pro m , haben, und die Bruchdehnung soll zwischen 10 und 100 % liegen.
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Die äußere Deckschicht 3, die das Äußere der aus dem Laminat hergestellten Verpackungen bilden soll, "besteht aus einer vorzugsweise kristallinen Polystyrolschicht oder eine Polystyrolschicht mit einem gewissen Zusatz an Butadien. Das Aufnahmegewicht soll 30 bis 80 g pro m , vor-
zugsweise annähernd 50 g pro m , betragen. Der Elastizitätsmodul des die Schicht 3 bildenden Materials soll zwischen 30 000 und 50 000 betragen und die Bruchdehnung 2 bis 10 % sein.
Das Laminat für Verpackungszwecke wird vorzugsweise so hergestellt, daß die geschäumte Kunststoff-Trägerschicht 2 in bekannter Weise extrudiert wird und anschließend die Überzugs- oder Deckschichten 1 und 3 mit Hilfe eines Stangpreßverfahrens auf solche Weise auf die seitlichen Oberflächen der geschäumten Kunststoff-Trägerschicht 2 aufgebracht werden, daß eine gute Haftung zwischen den äußeren Deckschichten 1 und 3 und der geschäumten Kunststoff-Trägerschicht 2 erhalten wird.
Das in Fig. 2 dargestellte Zug-Dehnungs-Diagramm bezieht sich auf die äußeren Deckschichten 1 und 3, die in Fig. 1 dargestellt sind, und der Einfachheit halber sind die Werte für diese Schichtakn der Kurve mit den gleichen Ziffern, nämlich 1 bzw. 3, bezeichnet.
Der größeren Klarheit halber wird im folgenden der Elastizitätsmodul als eine Funktion des Differentialquotienten der Kurven 1 bzw. 3 definiert, während die oben für die Elastizitätsmoduln der Materialien angegebenen Werte sich auf die Elastizitätsmoduln innerhalb der
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Proportionalitätsgrenzen, d.h. auf die ersten geraden Teilstücke der Kurven, beziehen, wo die Spannung und die Dehnung des Materials in einer im großen und ganzen linearen Beziehung zueinander stehen.»
Wie aus Kurve 1 in Fig. 2, die sich auf die innere Deckschicht 1 des Laminates bezieht, ersichtlich ist, hat das Material am Beginn einen Elastizitätsmodul (deh. einen Elastizitätsmodul im Bereich der Proportionalität) 9 der kleiner ist als der entsprechende Elastizitätsmodul der äußeren Deckschicht 3. Wenn eine Spannung erreicht wirds die in Fig. 2 mit A bezeichnet ist, besteht keine lineare Beziehung zwischen Spannung und Dehnung mehr, sondern man sagt populärwissenschaftlich, daß das Material nachzugeben beginnt, d.h. daß es sich auch bei verhältnismäßig geringen Zunahmen der Spannung verhältnismäßig . mehr ausdehnt. Wenn die Spannung an der inneren Deckschicht 1 auf den Wert B gestiegen ist, ist die Steigung der Kurve sehr gering, d.h. der Wert des Elastizitätsmoduls ist an diesem Punkt auf einen niedrigen Wert ge·= fallen, der zwischen 200 und 600 kg pro cm liegen kanno Diese Werte der Elastizitätsmoduln sind proportional den Winkeln <** bzw. ß, die in der Figur angegeben sind und den Winkel zwischen der Tangente und der horizontalen Ebene an einem bestimmten Punkt bezeichnen. Eine weitere Zunahme der Spannung an der Mäterialsehicht 1 führt zum Bruch, während das Material dann eine Dehnung von annähernd 100 % erreicht hat, d.h. das Material kann als verhältnismäßig zäh beschrieben werden, obgleich es innerhalb des ersten Spannungsbereiches bis zur Streckgrenze A verhältnismäßig steif ist und eine mäßige Nei-
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gung zum Ausdehnen zeigt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat die äußere Deckschicht 3 einen höheren Elastizitätsmodul, was bedeutet, daß das Material bei zunehmenden Spannungen weniger ausgedehnt wird, aber diese Materialschicht erreicht ziemlich schnell ihre Bruchlast, ohne daß die Dehnung auf mehr als 2 bis 10 % ansteigt, was bedeutet, daß das Material verhältnismäßig spröde ist und sich bei erhöhten Spannungen nicht auszudehnen vermag, sondern seine Steifheit bis zu dem Punkt, in dem ein Bruch stattfindet, behält.
Wenn das Laminat für Verpackungszwecke gemäß Fig. 1 in einer Verpackung verwendet wird, zeigt die letztere außerordentlich gute Steifheitseigenschaften, da sowohl die äußere Deckschicht 3 als auch die innere Deckschicht 1 verhältnismäßig steif sind, und diese sind mit einer verhältnismäßig breiten Mittel- bzw. Trägerschicht 2 kombiniert, die dem Laminat einen Bündeleffekt verleiht, d.h. ein großes Trägheitsmoment, das ihm eine große Steifheit gibt. Wenn das Material im Zusammenhang mit Transport und Handhabung Schlagen und Stoßen ausgesetzt wird, erhöhen sich die Spannungen an den äußeren Deckschichten 1 und 3 momentan, und solange diese Spannungen sich unterhalb der mit A bezeichneten Grenze halten, geschieht nichts Besonderes mit dem Material. Sollten die Spannungen aber so groß sein, daß sie den Grenzwert A überschreiten und sich dem Grenzwert B nähern, beginnt die innere Deckschicht 1 nachzugeben, d.h. der Elastizitätsmodul für die Belastungsbedingungen, die sich
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ergeben haben, nimmt ab, und das Material wird zäh und streckt sich. Das Risiko eines Bruches an der inneren Deckschicht 1 ist daher gering, da das Material ein sehr hohes Dehnungsvermögen hat, während das Laminat natürlich etwas von seiner Steifheit verliert, solange die Spannung dauert, da der Elastizitätsmodul der inneren Deckschicht 1 momentan reduziert wird. Sobald aber die Spannung verschwunden ist, gewinnt das Laminat seine Steifheit wieder, da der Elastizitätsmodul für die innere Deckschicht 1 wieder ihren Normalwert erreicht, wenn die Spannung unter die mit A bezeichnete Proportionalitätsgrenze gefallen ist. .
Wenn das Laminat für Verpackungszwecke zum Verpacken von Materialien dienen soll, die ein Gas enthalten oder »die beispielsweise gegen die Wirkung von Luft geschützt werden sollen, ist es zweckmäßig, eine weitere Kunststoffschicht aus beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyamid (Nylon), Polyvinylidenchlorid (Saran) oder mit Nitrilkautschuk modifiziertem Acrylnitril-Methylacrylat-Copolymerisat (Barex) vorzusehen; dieses Kunststoffmaterial wird zweckmäßig als Zwischenschicht zwischen der inneren homogenen Kunststoffschicht und der geschäumten Kunststoffschicht angeordnet.
Bei Verwendung eines Laminates für Verpackungszwecke gemäß der Erfindune ist es daher möglich, sehr steife Verpackungen herzustellen, die außerdem keine Flüssigkeit absorbieren und die Eigenschaft haben, daß die innere Schicht trotz großer momentaner Spannungszunahmen nicht reißt.
^P^tentansprüchef - 9 -

Claims (7)

  1. PatentansprücheeJa»-
    Λ Kunststoff-Laminat zur Verwendung für Verpackungszwecke mit einer Tragschicht aus geschäumtem Kunststoff mit feiner zelliger Struktur, die beidseitig mit homogenen Deckschichten überzogen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a) die Trägerschicht (2) weist eine Dicke zwischen 0,5 und 2 mm auf;
    b) die Schäumung der Trägerschicht (2) entspricht einer Dichte zwischen 0,05 und 0,15 g/cm ;
    c) die der Verpackungsinnenseite zugewandte innere Deckschicht (1) weist bei einem Überzugsgewicht zwischen 50 und 100 g/m einen Elastizitätsmodul zwischen 14 χ 10* und 20 χ 10* auf;
    d) die der Verpackungsaußenseite zugewandte äußere Deckschicht (3) weist bei einem Überzugsgewicht zwischen 30 und 80 g/m einen Elastizitätsmodul zwischen 30 χ 103 und 50 χ 103 auf.
  2. 2. Kunststoff-Laminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Deckschicht (1) eine Bruchdehnung zwischen 10 und 100 % aufweist.
  3. 3. Kunststoff-Laminat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Deckschicht (3) eine Bruchdehnung zwischen 2 und 10 % aufweisen.
    - 10 309845/0826
  4. 4. Kunststoff-Laminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (2) aus Polystyrol besteht,
  5. 5. Kunststoff-Laminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Deckschicht (-3) mindestens überwiegend aus Polystyrol, besteht.
  6. 6. Kunststoff-Laminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Deckschicht (1) aus einem Gemisch aus Styrol und Butadien besteht.
  7. 7. Kunststoff-Laminat nach einem der vorhergehenden An-» sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trägerschicht (2) und mindestens einer der Deckschichten (1, 3) eine gasdichte Zwischenschicht aus.Nylon, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlori^bder einem mit Nitrilkautschuk modifizierten Acrylnitril-Methyacrylat-Copolymerisat eingefügt ist.
    303*45/Oft23
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